变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制
变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制
1 引言当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。到90年代，以IGBT为功率器件的PWM逆变器作为电机驱动电源时，电机轴电流问题更加严重，且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。文献[1]指出，具有高载波频率（例如10kHz以上）的IGBT逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。Busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2]，并建立了PWM驱动下的轴承电流电路模型，但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。为讨论高频PWM脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理，本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上，分析轴电流产生的条件及形式，并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况，通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。在抑制轴承电流方面，文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将PWM电压转换成正弦波电压，使电机工作在正弦波供电状态下，但该方法所串电感大，系统动态响应慢，同时电感上的压降和功耗增大。本文在逆变器输出端串小电感并辅以RC吸收网络，可有效抑制PWM逆变器驱动下出现的轴电流。
2 共模电压与轴电压一般认为，磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。在电网供电的普通电机中，人们一般比较重视磁路不平衡的影响。但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡，即电源电压的零序分量产生。由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，电源电压将不可避免地产生零点漂移，该电压将在系统中产生零序电流，轴承则是电机零序回路的一部分。正弦波电源驱动时，通过计算可知 =0。在PWM逆变器驱动下，的值取决于逆变器开关状态，且变化周期与逆变器载波频率一致。事实上，只是共模电压的一种表现形式，由于静电耦合，电机各部分间存在着大小不等的分布电容，因此构成电机的零序回路。根据传输线理论，一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π网络模型代替。因此，电机分布参数电路可用集总参数电路来等效，形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示，其中Vbrg为轴电压，Ibrg为轴承电流，Va，Vb和Vc为电机输入电压。尽管Iws不流过轴承，但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径，势必对轴承电流有所影响。为便于分析，绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。为计算方便，将图2 a)简化为图2 b)所示等效单相驱动电路模型。图中Z1为电源中点对地阻抗，Z2为旁路阻抗，表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等；R0和L0为定子的零序电阻和电感；Csf、Csr和Crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容；Rb为轴承回路电阻；Cb和R1为轴承油膜的电容和非线性阻抗；Usg和Urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。对于采用逆变器供电的电机，当轴承油膜未被击穿时，由于载波频率高，电容的容抗大大减小，与Xcb相比，Rb很小而R1很大，由于PWM驱动电压为非正弦电压，计算时先将其分解，然后分别求取，轴电压有效值为：。
3 轴承模型与轴承电流的产生由于分布电容的存在和高频脉冲输入电压的激励作用，电机轴上形成耦合共模电压。事实上，轴电压的出现不仅与上面两个因素有关，且和轴承结构有着直接关系。转子前后端均由一个轴承支撑，其结构如图3所示。以其中一个轴承为例，轴承的滚道由内滚道与外滚道组成，当电机转动时，轴承中的滚珠被润滑油层包围，由于润滑油的绝缘作用，轴承滚道与滚珠之间形成电容，如图3b) 所示。这两个电容在转子 -—定子回路中以串联形式存在（为便于分析，不考虑滚珠的阻抗），可以等效成一个电容Cbi，i代表轴承中的第i个滚珠。对于整个轴承而言，各个滚珠与滚道之间的电容以并联形式存在。所以整个轴承内可以等效成一个电容Cb。据对轴承的分析，轴承可用一个带有内部电感和电阻的开关来等效。当滚珠未与滚道接触时，开关断开，转子电压建立；当转子电压超过油膜门槛电压时，油膜击穿开关导通，转子电压迅速内放电，在轴承内形成较大放电电流。 Va、Vb和Vc为电机三相输入电压，L'、R'和C'为输入电压耦合到转子轴的等效集中参数，Cg为Crf和Cb并联后的等效电容。当轴承滚珠和滚道接触或者轴承内油层被击穿时，Cb不存在，此时Cg仅代表转子轴对机壳的耦合电容。电容Cb是一个多个变量的函数：Cb（Q,v,T,η,λ,Λ,εr）[2]。其中Q代表功率，v代表油膜运动速度，T代表温度，η代表润滑剂粘性，λ代表润滑剂添加剂，Λ代表油层厚度，εr代表润滑剂介电常数。轴承电容Cb与定子到转子耦合电容Csr ，比定子到机壳耦
合电容Csf和转子到机壳耦合电容Crf小得多。这样一来，耦合到电机轴承上的电压便不至于过大，这是因为Crf与Cb并联后的电容比耦合回路中与之串联的Csr大得多，而串联电容回路中，电容越大承受的电压反而越小。事实上，根据分布电容的特点，很大一部分共模电流是通过定子绕组与铁芯之间的耦合电容Csf传到大地去的，因此轴承电流只是共模电流的一部分。从图4可看出，形成轴承电流有两种基本途径。一是由于分布电容的存在，定子绕组和轴承形成一个电压耦合回路，当绕组输入电压为高频PWM脉冲电压时，在这个耦合回路势必产生dv/dt电流，这个电流一部分经Crf传到大地，另一部分经轴承电容Cb传到大地，即形成所谓的dv/dt轴承电流，其大小与输入电压以及电机内分布参数有关。二是由于轴承电容的存在，电机轴上产生轴电压，当轴电压超过轴承油层的击穿电压时，轴承内外滚道相当于短路，从而在轴承上形成很大放电电流，即所谓的电火花加工（electric discharge machining - EDM）电流。另外，当电机在转动时，如果滚珠和滚道之间有接触，同样会在轴承上形成大的EDM电流。为了定量EDM 及dv/dt电流对轴承的影响，轴承内的电流密度十分关键。建立电流密度需估计滚珠与滚道内表面的点接触区域。根据赫兹点接触理论（Hertzian point contact theory），轴承电气寿命可用如下公式求得[2]：Elec Life（hrs）= （7）式中，代表轴承电流密度。一般而言，dv/dt电流对轴承寿命影响很小，而由EDM产生的轴承电流密度很大，使得轴承寿命大大降低。另外，空载时轴承损坏程度反而比重载时大得多，这是因为重载时轴承接触面积增大，无形中减小了轴承电流密度。 4 轴电压与轴承电流的仿真分析为进一步讨论轴承电流与PWM逆变器输出电压特性以及电机端有无过电压之间的关系，本文对dv/dt电流与EDM电流两种形式的轴承电流分别进行仿真分析，结果发现，轴承电流不仅与逆变器载波频率有关，且与逆变器输出脉冲电压的上升时间有关，同时当电机端出现过电压时轴承电流明显增加。先假定电缆长度为零，根据轴承电流的存在形式可知，dv/dt电流主要是由输入跳变电压引起，因此dv/dt电流大小与逆变器载波频率和电压上升时间有关。逆变器载波频率越高，一个正弦波周期内产生的dv/dt电流数量也就越多，但此时电流幅值不变。脉冲电压上升时间是影响dv/dt电流幅值的决定性因素，另外分布电容的大小也影响dv/dt电流幅值。而EDM电流产生的直接原因是轴电压的存在，因此轴电压的大小决定了EDM 电流幅值，轴电压的大小决定于输入电压的大小及电机内分布电容的大小。虽然逆变器载波频率和脉冲电压上升时间都会影响轴电压的形状，但轴电压的峰值与二者都没有关系，因此EDM电流与二者也没有本质的联系，这是EDM电流与dv/dt电流最大区别之处。当然，EDM电流还与轴承油层的击穿电压有关，击穿电压越高，产生的EDM电流越大。为讨论方便，假设轴承击穿电压大于或等于轴电压。 4.1 改变上升时间tr 仿真得到不同上升时间的轴电压与轴承电流波形如图5所示，其中图a)和b)为轴电压波形，图c)和d)为轴承电流波形，电流波形中第一次出现振荡的为EDM电流，其他为dv/dt电流。由分析可知，1）tr增大轴承电流减少，包括dv/dt电流与EDM电流。尤其是dv/dt电流幅值减小十分明显，但tr对EDM 电流的影响不大，这主要是因为EDM电流由轴电压以及轴承阻抗决定；2）当tr小于一定值（约为200ns）后，dv/dt电流甚至高于EDM电流；3）改变上升时间对轴电压的影响不大；4）特殊现象：轴电压在电压击穿时出现两次振荡，tr不影响第一次振荡，但影响第二次振荡，且第二次振荡随着tr的上升而减少，其原因是轴承短路后定子绕组到转子的耦合路径依然存在，所以出现一个dv/dt电流振荡。 4.2 改变耦合参数及轴承参数定子绕组对转子的耦合电容越大，轴电压越高，dv/dt电流与EDM电流均增加；轴承电容减小，dv/dt电流减小；但EDM电流基本不变，此时轴电压上升。其原因是：在共模电路中，轴电压是由定子绕组对转子铁心的电压耦合造成的，维持这一电压的存在靠轴承电容以及转子对机壳耦合电容。由于后两者并联，再与前者串联，因此轴电压按电容值进行分配，电容越大压降越小。一般情况下，轴承电容与转子对机壳耦合电容比定子绕组对转子耦合电容大得多。在只改变轴承电容的情况下，轴承电容越小，整个并联电容等效值下降，轴电压反而上升，由于轴承上的dv/dt电流与容抗及dv/dt成正比，在dv/dt不变时，容抗减小，dv/dt电流下降。仿真结果如图6所示。图中Csr为定子绕组对转子的耦合电容，Cg为转子对机壳耦合电容Crf和轴承电容Cb的并联等效电容。 5 抑制办法从前面的理论研究和仿真分析可以看出，电机轴承电流产生的一个主要原因是逆变器输出的高频脉冲具有过高的dv/dt前后沿，由此可知，抑制轴承电流的有效办法就是降低逆变器输出电压的dv/dt。但是，逆变器本身输出的脉冲电压上升时间是由功率器件的开关特性决定的，因此只能在逆变器输出端附加装置改变其输出电压的
dv/dt。降低逆变器输出电压上升沿dv/dt的一个最直接的办法是在逆变器输出端串上大的电抗器，即可构成所谓的“正弦波滤波器”，逆变器输出的脉冲电压在经过大电抗器后成为完全的正弦波电压，这样便可以消除轴电压与轴承电流。但是这种办法的代价是电抗器的功率损耗大，体积大，造价高，在普通的变频调速系统中应用不是很合适。本文采用折中办法，在逆变器输出端串接电感值不大的电感以抑制电流的快速变化，同时在输出端线间设置RC电抗以吸收输出电压的高次谐波，这样可以适当降低输出脉冲电压上升沿的dv/dt值，达到抑制轴承电流的目的。逆变输出滤波器降低了电机输入脉冲电压的电压上升率，这样一来，电机内分布电容的电压耦合作用便会大大减弱，轴电压以及由此引起的EDM电流都会下降，同时由于电压变化率引起的dv/dt电流也会明显减少，因此滤波器可以有效地抑制轴承电流的产生。图8给出了加入滤波器（未接地）前后的电机轴承电流仿真波形，其中，逆变器载波频率为5KHZ，脉冲电压上升时间为200ns，电缆长100m。从图中可以看出，无论EDM电流还是dv/dt电流都明显减少。仿真中还发现，将滤波器接地，无论dv/dt电流还是EDM电流相对不接地而言均显著减少，其原因是RC支路吸收高次谐波的作用更强，能够更好地改善电压波形。 6 结束语高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起轴电压与轴承电流问题。轴承电流主要以三种方式存在：dv/dt 电流、EDM电流和环路电流。轴电压的大小不仅与电机内各部分耦合电容参数有关，且与脉冲电压上升时间和幅值有关。本文着重讨论前两种方式的轴承电流。dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关，tr越小dv/dt电流的幅值越大。逆变器载波频率越高，轴承电流中的dv/dt电流成分越多。EDM电流出现存在一定的偶然性，只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触才可能出现，其幅值主要取决于轴电压的大小。以降低脉冲电压上升率为原则，设计一种在逆变器输出端串小电感并辅以RC吸收网络达到抑制轴电压与轴承电流的目的，仿真结果验证了该方法的有效性。
变频电机轴电压与轴电流产生机理分析
变频电机轴电压与轴电流产生机理分析（一） 1 引言 当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。到90年代，以IGBT为功率器件的PWM逆变器作为电机驱动电源时，电机轴电流问题更加严重，且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。文献[1]指出，具有高载波频率（例如10kHz以上）的IGBT逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。Busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2]，并建立了PWM驱动下的轴承电流电路模型，但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。为讨论高频PWM脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理，本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上，分析轴电流产生的条件及形式，并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况，通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。 在抑制轴承电流方面，文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将PWM电压转换成正弦波电压，使电机工作在正弦波供电状态下，但该方法所串电感大，系统动态响应慢，同时电感上的压降和功耗增大。本文在逆变器输出端串小电感并辅以RC吸收网络，可有效抑制PWM 逆变器驱动下出现的轴电流。 2 共模电压与轴电压 一般认为，磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。在电网供电的普通电机中，人们一般比较重视磁路不平衡的影响。但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡，即电源电压的零序分量产生。由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，电源电压将不可避免地产生零点漂移，该电压将在系统中产生零序电流，轴承则是电机零序回路的一部分。 正弦波电源驱动时，通过计算可知=0。在PWM逆变器驱动下，的值取决于逆变器开关状态，且变化周期与逆变器载波频率一致。事实上，只是共模电压的一种表现形式，由于静电耦合，电机各部分间存在着大小不等的分布电容，因此构成电机的零序回路。根据传输线理论，一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π网络模型代替。 因此，电机分布参数电路可用集总参数电路来等效，形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示，其中Vbrg为轴电压，Ibrg为轴承电流，Va，Vb和Vc为电机输入电压。尽管Iws不流过轴承，但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径，势必对轴承电流有所影响。为便于分析，绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。为计算方便，将图2 a)简化为图2 b)所示等效单相驱动电路模型。图中Z1为电源中点对地阻抗，Z2为旁路阻抗，表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等；R0和L0为定子的零序电阻和电感；Csf、Csr和Crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容；Rb为轴承回路电阻；Cb 和R1为轴承油膜的电容和非线性阻抗；Usg和Urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。 对于采用逆变器供电的电机，当轴承油膜未被击穿时，由于载波频率高，电容的容抗大大减小，与Xcb相比，Rb很小而R1很大，由于PWM驱动电压为非正弦电压，计算时先将其分解，然后分别求取，轴电压有效值为： 3 轴承模型与轴承电流的产生 由于分布电容的存在和高频脉冲输入电压的激励作用，电机轴上形成耦合共模电压。事实上，轴电压的出现不仅与上面两个因素有关，且和轴承结构有着直接关系。转子前后端均
变频器检测电路原理与维修
变频器检测电路例举 故障检测电路的主体电路还是由由运算放大器构成，通常，运算放大器被接成以下几种 类型的电路，完成着对信号模拟放大、比较输出和精密整流三种工作任务。 一、反相放大器电路： 图6.19 运算放大器反相放大电路 运算放大器，具有输入阻抗高（不取用信号源电流）、输出阻抗低（负载特性好）、放 大差模信号（两输入端信号之差）、抑制共模信号（两输入端极性与大小相同）和交、直流 信号都能提供线性放大的优良特性。 上图（ 1 ）、（2 ）、（3 ）、在电路形式上为反相放大器，输出信号与输入信号相位相反， 又称为倒相放大器。电路对输入电压信号有电压和电流的双重放大作用，但在小信号电路中，只注重对电压信号的放大和处理。电路的电压放大倍数取决于R2 （反馈电阻）与R1 （输入电阻）两者的比值。R3 为偏置电阻，其值为R1 、R2 的并联值。因R2 、R1 的选值（比值）不同，可完成三种信号传输作用，即构成反相放大器、反相器和衰减器三路信号处理电 路。（1 ）电路为反相放大器电路，电路放大倍数为 5 ；（ 2 ）电路为倒相器，对输入信号起到倒相输出作用，无放大倍数，不能称为放大器了。或输入0 ∽5V 信号，则输出0 ∽-5V 倒相信号；（ 3 ）电路为衰减器电路，若输入0 ∽10V 信号，输出0 ∽-3 。3V 倒相信号， 为一个比例衰减器。 图（1 ）、（2 ），（3 ）电路，有两个特征： 1 、输入、输出信号反相； 2 、无论是放大或 衰减或倒相电路，输出信号对输入信号维持一个比例输出关系，可以笼统地称为反相放大器， 因为倒相器的放大倍数为 1 ，而衰减器恰恰也是利用了电路的放大作用。 有趣的是，此三种反相放大器，在电流、电压检测电路中，都有应用。以电流检测电路为例： 这是因为，串于三相输出端的电流互感器内置放大器，输出信号已达伏特级的电压幅度，而CPU 的输入信号幅度又须在5V 以下的电压幅度内，故反续电流信号处理电路，有的采用 了有一定放大倍数的反相放大器；有的采用了倒相器电路，只是根据CPU 输入电压信号极 性的要求，只对信号进入了倒相处理，并不须再进行放大；部分电路为适配后级电路的信号 幅度范围，甚至采用了衰减器电路，对电流互感器来的电压信号衰减一下，再送入后级电路。检测电路中的模拟信号电路的供电，根据放大交流信号的要求，一般采用正、负15V 双电源供电。根据反相放大器的电路形式和运算放大器的电路特性，我们可找到相应的检测方法：
电机轴接地
《大氮肥》——大型异步电动机轴电流的分析及防范 频道：电机发布时间：2009-11-10 在大型异步电动机或汽轮机组检修时，如2006年化肥装置空气、合成气、氮气、氨气、二氧化碳五大汽轮机组接地碳刷检修，1998年4月Ⅲ加氢装置原料油泵高压电机抽芯对轴瓦座上电气绝缘的损坏更换，2007年3月对20×104t／a聚丙烯装置ABB的6700 kw的挤压机主电机检修及轴瓦损伤情况检查等发现，检修过程中无论是机械技术人员还是电气专业技术人员，对机组的接地碳刷或滑动轴承瓦座上的电气绝缘情况都不太重视，对由此涉及的轴电流问题也不是很清楚。实际上，大型电机轴承轴电流故障危害极大，会导致轴承的使用寿命缩短，有的运行1～2个月，有的运行几天就会出现噪声和振动。大功率电机一旦出现轴电流，严重的甚至几分钟内轴承就会烧毁，大则导致转轴扫膛。考虑到轴电流对大型电机的影响，有必要对轴电流问题进行分析和探讨。 1轴电压、轴电流的产生 1．1磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在，产生轴电势交流异步电动机在正弦交变电压下运行时，其转子处在正弦交变的磁场中。当电动机的定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时，便产生与轴相交连的交变磁通，从而产生交变电势。当电动机转动即磁极旋转，通过各磁极的磁通发生了变化，在轴的两端感应出轴电压，产生了与轴相交连的磁通。随着磁极的旋转，与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。一般情况下这种轴电压小于5V，大约为1～2V。磁路磁场不平衡，有以下几种可能的原因： 1)由于某些槽内线圈或导体数或多或少的原因引起。 2)转子运转的不同心，造成定转子气隙分布不均，因此磁路磁阻不均匀。 3)设计及制作工艺方面的原因。如在设计时电动机选择扇形片数与极对数关系不正确；由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。 4)铁芯材料的原因。如果铁芯材料均质性差而且各向异性，则磁路所在区域垂直于磁通密度曰的横截面上曰值分布不均，导致磁路磁阻不均匀。 1．2逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电压。 异步电动机的定子绕组是嵌入定子铁芯槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。而由于电动机磁路的不平衡，静电感应和共模电压产生又是产生轴电压和轴电流的起因。当定子绕组输入端突加陡峭变化的电压时，由于分布电容的影响，绕组各点电压分布不均，使输入端绕组接近端口部分电压高度集中而引起绝缘破坏或老化。这种现象一般破坏的部分是定子绕组，电压常集中于侵入的端点部位。
变频电机轴电流的防止
收稿日期:2002-11-20 于晓东 男 1974年生;毕业于佳木斯大学工学院电气工程系电气技术专业,现从事电气技术工作. 变频电机轴电流的防止 于晓东1 李振宇2 李积继 3 1 佳木斯合成实业有限责任公司,黑龙江佳木斯(154007) 2 东芝大连有限公司,辽宁大连(116600) 摘 要 阐述采用逆变器供电的变频电机,因电源存在许多高压脉冲,高频谐波增多,以及电动机铁心磁路不平衡等,在电机绕组和转轴上产生感应电压。为减少轴电流的危害,除电机制造需满足磁路平衡外,提出加装电源滤波器,前后轴承都要绝缘处理等防止变频电动机轴电流危害的措施。 关键词 变频电动机 轴电流 防止 Prevention of Bearing C urrent in Variable Frequency Motor Y u Xiaodong ,Li Zhenyu ,and Li Jiji Abstract The paper discusses that,for the variablei frequency motor fed from the inverter,inducted voltage appears at the winding and shaft because the power supply has many high voltage pulses,the high frequency harmonic increas es,and the magnetic circuit of motor core is not balance.To decrease the harm caused by bearing current,some measures,such as mounting the power filter and insulating the front and rear bearings are presented,in addition that the magnetic circuit is required to be balance in manufacturing the motor. Key words Variable frequency motor,bearing current,prevention. 1 引言 通常在大型电机中特别是采用扇形冲片迭制铁心的电机,如果磁场不对称等易产生轴电流。近年来采用变频调速驱动装置的小电机也出现不容忽视的轴电流,导致小电机的轴承过早损坏,直接影响和降低了电动机运行的可靠寿命,引起电机用户和电机制造厂商的关注。 2 轴电流的危害 变频电机轴端安装的辅助装置如测速计、编码器等,易与两轴承或两轴承之一构成轴电流回 路(见图1轴电流数学模型图)。该轴电流对电机 轴承造成破坏,对测速计、编码器等辅助装置的安全构成威胁 。 图1 轴电流数学模型 在电机正常运转情况下,轴承内形成一层润滑油膜,能起一定的绝缘作用,即使电机运转出现较低的轴电压,也不会产生轴电流。但是当轴电 18 防爆电机 (E XPLOSION-PROOF ELEC TRIC MAC HINE) 2003 年第2期(总第115期) 2003年6月30日出版
高压电动机的轴电压是怎样产生的
高压电动机的轴电压是怎样产生的？ 电动机的轴电压、轴电流是由于环绕电动机轴的磁路不对称、转子运转不同心、感生脉动磁通等原因所产生的，它会使轴—轴承—机座的回路有轴电流流通，在电动机转子轴两端、轴与轴承之间、轴与轴承对地形成称为轴电压。 高压电动机轴电流产生的原因? 原因：由于定子铁芯组合缝、定子硅钢片接缝，定子与转子空气间隙不均匀，轴中心与磁场中心不一致等，机组的主轴不可避免地要在一个不完全对称的磁场中旋转。这样，在轴两端就会产生一个交流电压。正常情况下要求机组转动部分对地绝缘电阻大于一定阻值(比如：0.5MΩ)，如果在大轴两端同时接地就可能产生轴电流。 预防：通过更换受油器油管连接处的绝缘垫，以保证大轴不发生两点接地，进而避免轴电流的产生。另外，在平时检修和巡检时，注意监督电机运行状况。 电机产生轴电压的原因是什么？防止电机产生轴电流应采取什么措施？ 产生轴电压的原因如下： 3p W ]!F0C-s y u ①、由于发电机的定子磁场不平衡，在发电机的转轴上产生了感应电势。磁场不平衡的原因一般是因为定子铁芯的局部磁组较大（例如定子铁芯锈蚀），以及定、转子之间的气隙不均匀所致。②、由于汽轮发电机的轴封不好，沿轴有高速蒸汽泄漏或蒸气缸内的高速喷射等原因而使转轴本身带静电荷。这种轴电压有时很高，可以使人感到麻电。但在运行时已通过炭刷接地，所以实际上已被消除。轴电压一般不高，通常不超过2~3 伏，为了消除轴电压经过轴承、机座与基础等处形成的电流回路，可以在励磁机侧轴承座下加垫绝缘板。使电路断开，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 发电机磁场非常强大，发电机的主轴穿过磁场中心，可是一旦有微小偏差，在发电机轴两端就有感应电压，如果发电机轴两端经轴承和机座成为闭合环路，就会产生巨大的短路电流，为了切断这个环路，发电机轴承的一端必须加绝缘垫片的
串并联电路电流电压特点
串并联电路电流的特点练习 1、如图甲所示，小强用电流表探究串联电路中的电流关系，他分别用电流表测电路中A、B、C三处的电流，得知I A＝0.2A，则I B＝_______，I C＝_______，他实验的结论是_____ 。 （2）如图乙所示，L1、L2是______联的。若要测量通过L1的电流，应把电流表接在_____点上；测量L2时，电流表应接在______点上；若要测干路电流应把电流表接在_____或______点上。请在图中标出三只电流表的正、负接线柱。 甲乙 （3）按图甲把丙图用笔画线代替导线连接起来， （4）按图乙把丁图用笔画线代替导线连接起来。 丙丁 2、如图所示：如果A1的示数为0.9A，A3的示数为0.4A，则通过L1的电流是______，通过L2的电流是______，通过干路的电流是_______。 3、有一种节日小彩灯上串联着20只小灯泡，如果电源插头处的电流为200mA，则通过小灯泡的电流是_______A。 4、某家庭中正有一盏电灯和电钣锅在工作，已知通过家庭室外线的总电流为0.5A，通过电灯泡的电流为0.15A，那么通过电饭锅的电流为A． 5、如图所示，已知两电流表的示数分别是0.4A和1.2A，通过灯L1的电流是A，通过灯L2的电流是A． 6、三个相同的灯泡L1、L2、L3组成如图所示的电路，电流表A1、A2、A3的示数分别为I1、I2、I3，则它们之间的关系是（） A、I1＝I2 B、I3＝I1＋I2 C、I1＝I2＋I3 D、I2＝I3 7、如图所示，电路中能正确测出通过灯L2的电流的是：（） 8、如图所示，用电流表测干路中电流的电路图，正确的是：（） 9、如图三个电流表A1、A2、、A3的示数分别为I1、I2、I3，它们的大小关系是（） A、I1＝I2＝I3 B、I1>I2＝I3 C、I1>I2>I3 D、I1> I3> I2 10、如右图所示，L1 L2 联，通过A1的电流1.2A，通过A2的电流0.5 A， 则通过的L1电流为A，通过L2的电流为 A ，干路电流为A。 11、如图，把L1和L2连成并联电路，用电流表测L2的电流，并画出它的电路图。
轴电压测量及注意事项
发电部关于#1发电机轴电压测量的说明 一、发电机轴电压测量目的： 发电机组由于某些原因引起发电机组轴上产生了电压，如果在安装或运行中，没有采取足够的措施，当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，便发生放电，会使润滑冷却的油质逐渐劣化，严重者会使轴瓦烧坏，被迫停机造成事故。所以在运行中，测量检查发电机组的轴及轴承间的电压是十分必要的，对于检修机组判定轴瓦绝缘是否良好具有重要意义。根据《电力设备预防性试验规程- DL/T 596—1996》，轴电压应小于10V。京海电厂#1发电机运行期间未进行轴电压测量，为了对近2年运行期发电机轴瓦绝缘情况准确判断，建议在B修前对#1发电机轴电压进行测量，发现问题，根据测量结果并在检修期内消除轴瓦隐患，有利于发电机长期稳定运行。 二、产生轴电压的原因 1.由于发电机的定子磁场不平衡，在发电机的转轴上产生了感应电势。磁场不平衡的原因一般是因为定子铁芯的局部磁阻较大（例如定子铁芯锈蚀），以及定、转子之间的气隙不均匀所致。 2.高速蒸汽产生的静电 由于汽轮发电机的轴封不好，沿轴有高速蒸汽泄漏或蒸气缸内的高速喷射等原因而使转轴本身带静电荷。这种轴电压有时很高，可以使人感到麻手，但它不易传导至励磁机侧，在汽机侧也有可能破坏油膜和轴瓦，通常在汽机轴上接引接地碳刷来消除。 为了消除轴电压经过轴承、机座与基础等处形成的电流回路，可以在励磁机侧轴承座下加垫绝缘板。使电路断开，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 三、发电机结构特点 我厂330MW发电机由东方汽轮发电机厂生产。发电机冷却方式为水氢氢。在发电机进行轴瓦座绝缘测量，绝缘值要求最小不得低于0.5MΩ，否则要对轴瓦进行干燥处理，规范轴瓦安装工艺，直至轴瓦对地绝缘合格。
变频器电路中的制动电路
变频器电路中的制动控制电路 一、为嘛要采用制动电路 因惯性或某种原因，导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时，此时电机由“电动”状态进入“动电”状态，使电动机暂时变成了发电机。一些特殊机械，如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等，风机等,当电动机减速、制动或者下放负载重物时，因机械系统的位能和势能作用，会使电动机的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机转子绕组中的感生电流的相位超前于感生电压，并由互感作用，使定子绕组中出现感生电流——容性电流，而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这一容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流，进而产生励磁磁动势，电动机自励发电，向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。 此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流，馈入变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发生。这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻（又称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器，直接从直流回路引出P、N端子，由用户则根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻。 一例维修实例： 一台东元7300PA 75kW变频器，因IGBT模块炸裂送修。检查U、V相模块俱已损坏，驱动电路受强电冲击也有损坏元件。将模块和驱动电路修复后，带电机试机，运行正常。即交付用户安装使用了。 运行约一个月时间，用户又因模块炸裂。检查又为两相模块损坏。这下不敢大意了，询问用户又说不大清楚。到用户生产现场，算是弄明白了损坏的原因。原来变频器的负载为负机，因工艺要求，运行三分钟，又需在30秒内停机。采用自由停车方式，现场做了个试验，因风机为大惯性负荷，电机完全停住需接近20分钟。为快速停车，用户将控制参数设置为减速停车，将减速时间设置为30秒。在减速停车过程中，电机的再生电能回馈，使变频器直流回路电压异常升高，有时即跳出过电压故障而停机。用户往往实施故障复位后，又强制开机。正是这种回馈电能，使直流回路电压异常升高，超出了IGBT的安全工作范围，而炸裂了。 此次修复后，给用户说明情况，增上了制动单元和制动电阻器后，变频器投入运行，几年来再未发生模块炸裂故障。 此种制动方式，加快机械惯性能量的消耗，利于缩短停车进程，将电机的再生发电能
风力发电机轴电压轴电流的研究。
风力发电机轴电压轴电流对轴承影响及防范措施 摘要：风力发电机轴承失效频繁发生,在研究应用条件和调查轴承失效的基础上,基本确认了造成轴承失效的根本原因:双馈感应发电机变频驱动所导致的轴承过电流和相应的电腐蚀及润滑、磨损等。本文概述分析了轴电压轴电流产生的原理和造成的危害，详述了对轴电压的抑制措施，并在风电场推广应用，实践验证了轴电流抑制技术的有效性。 关键词：风力发电；轴承；轴电流；解决方案 Wind turbine generator shaft voltage and shaft current on the bearing and preventive measures CHEN Guo-qiang，CHEN Guo-zhong，XXX Shen Hua Ji Tuan Guo Hu(TongLiao)Wind power Abstract：Bearing failures of windturbine generator are occurring frequently. Based on application studies and bearing investigations main root causes have been identified: electrical current passage, electrical erosion respectively, due to frequency converter supply of doubly-fedinduction generator sand lubrication and wear related problems.This paper analyzed the cause of shaft voltage and shaft current and its related harm in doubly-fed wind turbine architecture. Measures to suppress the shaft voltage and shaft current are detailed and put into practice in pilot wind farms. The effectiveness of the measures are approved by field data. Key words:wind power generation；Bearing；Shaft current；The solution 一、研究背景 xx风电场，装有56台华锐SL1500机组，于2015年1月并网发电，在运行的2年中由于发电机轴承的损坏给机组正常运行产生了严重的影响，造成一定的经济损失。经统计2013年共计更换发电机驱动侧轴承19次，年损坏率达28%，更换非驱动侧轴承22次，年损坏率达33%，造成直接和间接经济损失近百万元，因此，研究发电机轴承的损坏原因并提出改进措施显得尤为重要。 二、研究目的
变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路
变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路 以下仅仅对变频器电路图-整流、滤波、电源及电压检测电路的分析,好象论坛上发不了图纸. 1. 整流滤波部分电路 三相220V电压由端子J3的T、S、R引入，加至整流模块D55（SKD25-08）的交流输入端，在输出端得到直流电压，RV1是压敏电阻，当整流电压超过额定电压385V时，压敏电阻呈短路状态，短路的大电流会引起前级空开跳闸，从而保护后级电路不受高压损坏。整流后的电压通过负温度系数热敏电阻RT5、RT6给滤波电容C133、C163充电。负温度系数热敏电阻的特点是：自身温度超高，阻值赿低，因为这个特点，变频器刚上电瞬间，RT5、RT6处于冷态，阻值相对较大，限制了初始充电电流大小，从而避免了大电流对电路的冲击。 2. 直流电压检测部分电路 电阻R81、R65、R51、R77、R71、R52、R62、R39、R40组成串联分压电路，从电阻上分得的电压分别加到U15（TL084）的三个运放组成的射极跟随器的同向输入端，在各自的输出端得到跟输入端相同的电压（输出电压的驱动能力得到加强）。U13（LM339）是4个比较器芯片，因为是集电集开路输出形式，所以输出端都接有上接电阻，这几组比较器的比较参考电压由Q1（TL431）组成的高精度稳压电路提供，调整电位器R9可以调节参考电压的大小，此电路中参考电压是6.74V。如果直流母线上的电压变化，势必使比较器的输入电压变化，当其变化到超过6.74V的比较值时，则各比较器输出电平翻转，母线电压过低则驱动光耦U1（TLP181）输出低电平，CPU接收这个信号后报电压低故障。母线电压过高则U10（TL082）的第7脚输出高电平，通过模拟开关U73（DG418）从其第8脚输出高电平，从而驱动刹车电路，同时LED DS7点亮指示刹车电路动作。由整流二极管D5、D6、D7、D18、D19、D20组成的整流电路输出脉动直流电，其后级的检测电路可对交流电压过低的情况进行实时检测，检测报警信号也通过光耦U1输出。 3. 电源电路 U62（VIPER100SP）是内部带场效应管的开关电源控制芯片。母线电压+VPW通过保险F1加到开关变压器T1的第2脚，T1的第1脚和第2脚是初级线圈，U62内部集成了特别的启动电路，电路启动后，T1次级3、4、5脚输出的感应脉冲经整流滤波后得到电压检测电路所需的正负电压，正电压也同时提供给U62以维持其工作。T1其它次级输出的感应脉冲经整流滤波后分别供应U、V、W三相上桥光耦驱动所需电压（+VHU，0VHU）（+VHV，0VHV）（+VHW，0VHW），还有其它控制电路所需电压（+VSI，0VSI，-VSI）。芯片U56（LM2575S-ADJ）是一个PWM开关式输出稳压芯片，将+VSI电压降压并稳定为5V（+VSI5）供给CPU等芯片所需电路。 对于变频器修理，仅了解以上基本电路还远远不够的，还须深刻了解以下主要电路。主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。图2.1是它的结构图。
发电机轴电压产生的原因、危害及处理措施
随着电源建设的迅猛发展, 单机容量的逐渐增大, 轴电压成为大型发电机采用静止自并励磁系统后的一个严重问题。研究轴电压、轴电流有着很重要的意义。轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量, 对油膜绝缘特别有害当轴电压未超过油膜的破坏值时, 轴电流非常小。若轴电压超过轴承油层击穿电压, 则在轴承上形成很大的轴电流, 即所谓电火花加工电流, 将烧蚀轴承部件, 造成很大危害。磁路不对称、单极效应、电容电流、静电效应、静态励磁系统、外壳、轴等的永久性磁化均有可能引起轴电压。【文献2】 轴电压是指在电机运行时,电机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压。在正常情况下,轴电压较低时,燃气发电机转轴与轴承间存在的润滑油膜能起到较好的绝缘作用。但是,如果由于某些原因使得轴电压升高到一定数值时,就会击穿油膜放电,构成轴电流产生的回路。轴电流不但会破坏油膜的稳定性,使润滑冷却的油质逐渐劣化,同时,由于轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过,金属接触点很小,电流密度很大,在瞬间会产生高温,使轴承局部烧熔。被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅,将在轴承内表面烧出小凹坑。最终,轴承会因机械磨损加速而破损,严重时会烧坏轴瓦,造成事故被迫停机。【文献12】 发电机轴电压一直是存在的，但一般不高，通常不超过几V~十几V，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 1、发电机轴电压产生的原因 （1）、磁不对称引起的轴电压它是存在于汽轮发电机轴两端的交流型电压。由于定子铁芯采用扇形冲压片、转子偏心率、扇形片的导磁率不同,以及冷却和夹紧用的轴向导槽等发电机制造和运行原因引起的磁不对称,结果产生包括轴、轴承和
变频器原理与维修
变频器原理与维修 一、变频器原理介绍 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装臵。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 变频器选型： 变频器选型时要确定以下几点： 1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。 2) 变频器的负载类型； 如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 3) 变频器与负载的匹配问题； I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。 对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装臵时有可能发生。 4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加 二、变频器常见故障的分析与处理 1 变频器参数设臵类故障 在使用过程中变频器能否满足用户系统的要求，其参数设臵非常重要，如果参数设臵不
正确，变频器便不能正常工作。 1.1 变频器的参数设臵 生产厂在进行变频器出厂调试时，对变频器的每一个参数都设有一个默认值，这些默认参数值一般被称作工厂值。当用户使用的变频器是在这些参数值下工作时，则用户能以面板操作方式使变频器正常运行。但是，实际情况往往是面板操作并不能完全满足大多数用户传动系统的要求。所以，用户在正确使用变频器之前，必须要对变频器参数的默认值进行如下几个方面的辨识和重新设臵： 1）确认电机的功率、电流、电压、转速、最大频率等参数（这些参数可以从电机铭牌中查得）是否与默认值相符，如果不符时则要对默认值进行重新设臵； 2）确认变频器采取的控制方式（即速度控制、转矩控制、PID 控制或其他控制方式）后，一般还需要根据控制精度进行静态或动态辨识； 3）设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂调试时设定为面板启动，用户可以根据实际情况选择自己的启动方式，可以用面板、外部端子、通讯等方式； 4）给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定等，当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式的综和。 当正确设臵以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。 1.2 变频器参数设臵类故障的处理 一旦发生了参数设臵类故障时，变频器都不能正常运行，这时可根据产品说明书对参数设臵进行修改。如果修改后仍不行，则最好是把所有参数恢复到出厂值，然后按上述步骤重新设臵，注意每一个公司的变频器其参数恢复方式也不尽相同。 2 过电压故障及处理
电机轴电流的分析
电机轴电流的分析 电 机 轴 电 流 的 分 析轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性， 根据现场实际运 行情况，分析其产生的原因，采取装设转轴接地碳刷、加强非轴伸端轴承座与支 架的绝缘等有效措施，从而从根本上解决轴电流危害的问题。 1 轴电流的危害 在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存 在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重 的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及 更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。 2 轴电压和轴电流的产生 (1) 磁不平衡产生轴电压 电动机由于扇形冲片、 硅钢片等叠装因素， 再加上铁芯槽、 通风孔等的存在， 造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴 的两端感应出轴电压。 (2) 逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压 脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。 (3) 静电感应产生轴电压 在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的 两端感应出轴电压。 (4) 外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、 测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。 (5) 其他原因 如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。 轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。 3 轴电流对轴承的破坏 正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。对于较低 的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。但是当轴电压 增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴 电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过， 由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局 部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小 凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状 是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。 4 轴电流的防范 针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施： (1) 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与 转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电
产生轴电压的原因如下
产生轴电压的原因如下： 3p W ]!F0C-s y u ①、由于发电机的定子磁场不平衡，在发电机的转轴上产生了感应电势。磁场不平衡的原因一般是因为定子铁芯的局部磁组较大（例如定子铁芯锈蚀），以及定、转子之间的气隙不均匀所致。②、由于汽轮发电机的轴封不好，沿轴有高速蒸汽泄漏或蒸气缸内的高速喷射等原因而使转轴本身带静电荷。这种轴电压有时很高，可以使人感到麻电。但在运行时已通过炭刷接地，所以实际上已被消除。轴电压一般不高，通常不超过2~3 伏，为了消除轴电压经过轴承、机座与基础等处形成的电流回路，可以在励磁机侧轴承座下加垫绝缘板。使电路断开，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 发电机磁场非常强大，发电机的主轴穿过磁场中心，可是一旦有微小偏差，在发电机轴两端就有感应电压，如果发电机轴两端经轴承和机座成为闭合环路，就会产生巨大的短路电流，为了切断这个环路，发电机轴承的一端必须加绝缘垫片的 轴电流是由于发电机磁场不对称，发电机大轴被磁化，静电充电等原因在发电机轴上感应出轴电压，引起的从发电机组轴的一端经过油膜绝缘破坏了的轴承、轴承座及机座底板，流向轴的另一端的电流
逆变器供电的电机轴电流及其防治 1 引言 感应电动机的轴电压和轴电流现象并不是什么新的问题，alger在1920年就阐述了引起这些电流的原因，即磁通在电机内的不对称分布。而c.u.t.pearce在1927年也说到:只要有可能设计出一个完美平衡或是对称的电机，轴承电流在理论上和实际上都是不存在的。而事实上，感应电机在正弦波电源的驱动下，就会因电机内部的因素产生轴电流，这些因素可以分为两点:一是同极的磁通，例如通过电机轴中央的磁通;二是通过电机轴的交变磁链。其中第二种情况更普遍一些。而这些磁链主要是由转子和定子槽机械尺寸的偏差、磁性材料的定向属性的改变以及供电电源不平衡等因素引起的磁通不平衡所产生的。 近年来，以绝缘栅双极晶体管(igbt)为功率器件的脉宽调制(pwm)逆变器作为感应电机的驱动电源时，轴电流的问题变得日趋严重，这也使得轴承出现问题和损坏的机率增加、损坏的速度加快。而且具有高载波频率(大于12khz)的igbt逆变器导致电机轴承的损害比低载波频率的逆变器更快。此时产生的轴电流的主要原因就是pwm逆变器的输出在电气上的瞬时不平衡。 过大的轴电流将造成轴承的损坏，从而使得电机不能正常运行。通过电机可靠性研究表明电机轴承的损坏占电机损坏总数的40%，而轴承制造商反映几乎在所有损坏的轴承中有25%是由于逆变器输出电压的dv/dt过大，损坏的数字还在飞速地增长。 本文通过电机模型的建立，分析了电机在正弦波供电和pwm逆变器供电时的轴电压、轴电流产生的机理，由此重视起对电机轴承的研究;所阐述的几种不同的轴承电流的流向，为的
变频器电压电流典型检测方法
变频器电压电流典型检测方法 1.前言 变频器最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。简单地说变频器是通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。从电机的转速公式可以看出，调节电机输入电压的频率f，即可改变电机的转速n。目前几乎所有的低压变频器均采用图1所示主电路拓扑结构。 部分1为整流器，作用是把交流电变为直流电，部分2为无功缓冲直流环节，在此部分可以采用电容作为缓冲元件，也可用电感作为缓冲元件。部分3是逆变器部分，作用是把直流电变为频率可调整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器，这种方式是目前通用型变频器广泛应用的主回路拓扑。本文将重点讨论这种结构在电压、电流检测设计中应注意的一些问题。变频器在运行过程中为什么要对电压、电流进行检测呢这就需要从电机的结构和控制特性上说起： ①三相异步电动机的转矩是由电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 ②变频器运行中，过载起动电流为额定电流的~倍;过流保护为额定电流的~3倍(根据不同性质的负载要求选择不同的过流保护点);另外还有电流闭环无跳闸、失速防止等功能都与变频器运行过程中的电流有关。 ③为了改善变频器的输出特性，需要对变频器进行死区补偿，几种常用的死区补偿方法均需检测输出电流。 ④电动机在运转中如果降低指令频率过快，则电动状态将变为发电状态运行，再生出来的能量贮积在变频器的直流电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，就需要对电压进行及时、准确地检测，给变频器提供准确、可靠的信息，使变频器在过压时进行及时、有效的保护处理。同时变频器上电过程、下电过程都需要判断当前直流母线电压的状态来判断程序下一步的动作。 鉴于电压、电流检测的重要性，在变频器设计中采用对电压、电流进行准确、有效检测的方法是十分必要的。 2.在线测量电压的几种方案设计 变频器的过电压或欠电压集中表现在直流母线的电压值上。正常情况下，变频器直流电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算，则平均直流电压。在过电压发生时，直流母线的储能电容将被充电，主电路内的逆变器件、整流器件以及滤波电容等都可能受到损害，当电压上升至约800V左右时，变频器过电压保护功能动作;另外变频器发生欠压时(350V左右)也不能正常工作。对变频器而言，有一个正常的工作电压范围，当电压超过或低于这个范围时均可能损坏变频器，因此，必须在线检测母线电压，常用的电压检测方案有三种。 1)变压器方案 图2中，P为直流母线电压正(+)，N为直流母线电压负(-)。 变频器控制回路的电源电压一般采用开关电源的方式来获得，利用开关变压器的特点，在副边增加一组绕组N4(匝数根据实际电路参数决定)作为母线电压的采样输出，开关变压器的原边电压为母线电压，而副边输出电压随着原边输入电压的变化而线性地发生变化，这样既能起到强弱电隔离作用又能起到降压作用，把此采样信号经过处理可以送到DSP内进行A/D采样实现各种保护工作。 2)线性光耦方案
高压电动机轴电压的产生及其对策
高压电动机轴电压的产生及其对策 摘要大容量电动机重新组装时易出现装配质量问题，例如轴电压对电动机会产生损坏。本文就高压电动机轴电压的产生及故障现象进行了分析，并提出了应对措施。 关键词轴电流；轴电压；电腐蚀 容量超过100kw的大、中型电动机和采用变频器供电的电动机，其特殊点在于转子需要定期抽出，进行保养，再组装起来继续使用。然而，有时会因此而发生装配质量问题，例如发生气隙不均匀等问题，使电动机运行时，在转子轴向产生数伏的电动势。在轴电动势的作用下，两侧轴承和大地等形成电流回路，这就是所谓轴电流。轴电流将对轴承造成损伤，从最初出现异常噪声和震动，直至发展到完全损坏。 有的电动机在制造时就设置了轴电流防止装置，设置时，应对轴电压进行测量，有利于设备的保全。 1 状况 有两台电动机相对安装，并带动负载机械做功，运行2年来一切正常，按规定，将转子1年两次抽出，进行保养后再组装起来继续运行。 该三相感应电动机额定电压3.3kw、额定功率600kw、额定频率60Hz、级数6，开启型、自空冷式，使用滑动轴承，轴承的润滑油用油泵来循环。 保养后2个多月，感到其中一台电动机的声音有异常，测定其噪声达90方。对现场的调查情况如下。 1）混杂在电动机旋转声音中，还能听到一种很尖厉的异常噪声。再一次测量噪声时，在距离电动机1m处，噪声值增加到95方。 2）在这种状态下，电动机的温度、负载电流、轴承温度等均未发现异常。电动机就这样又继续运行了1个月，在此期间只是感觉到电动机本体开始发出的异常振动，仍未发现其他问题。 3）为了调查电动机产生噪声和振动的原因，人为地提高负载和降低负载，但电动机的异常声音没有变化。为此，让这台异常的电动机在空载的情况下单独运行。可以确认，电动机非负载侧的轴承是异常噪声的发生源。无论是电动机空载运行还是负载运行，这种异常噪声基本上没有变化。 电动机在上述状态下又继续运行了6个月后，在例行的定期保养时，将轴承拆下检查发现，非负载侧推力轴承的滚子全部出现茶褐色的不规则筋道，用手触
变频电机轴电压与轴电流的产生机理分析
变频电机轴电压与轴电流的产生机理分析 1.当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链 产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。到90年代，以igbt为功率器件的pwm逆变器作为电机驱动电源时，电机轴电流问题更加严重，且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。文献[1]指出，具有高载波频率（例如10khz以上）的igbt逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2]，并建立了pwm驱动下的轴承电流电路模型，但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。为讨论高频pwm脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理，本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上，分析轴电流产生的条件及形式，并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况，通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。在抑制轴承电流方面，文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将pwm电压转换成正弦波电压，使电机工作在正弦波供电状态下，但该方法所串电感大，系统动态响应慢，同时电感上的压降和功耗增大。本文在逆变器输出端串小电感并辅以rc吸收网络，可有效抑制pwm逆变器驱动下出现的轴电流。
2.共模电压与轴电压一般认为，磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。在电网供电的普通电机中，人们一般比较重视磁路不平衡的影响。但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡，即电源电压的零序分量产生。由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，电源电压将不可避免地产生零点漂移，该电压将在系统中产生零序电流，轴承则是电机零序回路的一部分。正弦波电源驱动时，通过计算可知=0。在pwm逆变器驱动下，的值取决于逆变器开关状态，且变化周期与逆变器载波频率一致。事实上，只是共模电压的一种表现形式，由于静电耦合，电机各部分间存在着大小不等的分布电容，因此构成电机的零序回路。根据传输线理论，一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π 网络模型代替。因此，电机分布参数电路可用集总参数电路来等效，形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示，其中vbrg为轴电压，ibrg为轴承电流，va，vb和vc为电机输入电压。尽管iws 不流过轴承，但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径，势必对轴承电流有所影响。为便于分析，绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。为计算方便，将图2a)简化为图2b)所示等效单相驱动电路模型。图中z1为电源中点对地阻抗，z2为旁路阻抗，表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等；r0和l0为定子的零序电阻和电感；csf、csr和crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容；rb为轴承回路电阻；cb和r1为轴承油膜的电容和非线性阻抗；usg和urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。对于采